專利名稱：超特高壓磁控式并聯(lián)電抗器恒功率逆模型控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力電子領域，具體涉及一種超特高壓磁控式并聯(lián)電抗器恒功率逆模 型控制方法，可應用于非線性元件的動態(tài)控制，特別是磁控式并聯(lián)電抗器的恒功率控制。
背景技術：
隨著三峽水利樞紐電站，酒泉千萬千瓦級風電基地、青海/甘肅大規(guī)模光伏電站 的相繼啟動建設，我國交流電力系統(tǒng)骨干網架宜采用超/特高壓緊湊型線路實現(xiàn)遠距離、 大容量的輸電，充分發(fā)揮電網大范圍優(yōu)化能源資源配置的重要作用；促進一次能源的高效 集約開發(fā)和利用；緩解能源和環(huán)境對國民經濟發(fā)展的制約。超/特高壓交流輸電線路的容性充電功率巨大、潮流變化劇烈以及有限的絕緣裕 度給系統(tǒng)的無功調節(jié)、過電壓抑制造成了巨大的挑戰(zhàn)，在線路突然發(fā)生甩負荷或開斷時，接 在變壓器中低壓繞組側的傳統(tǒng)無功補償裝置被同時切除，無法實現(xiàn)動態(tài)補償。高壓磁控式 并聯(lián)電抗器(magnetically controlled shunt reactor, MCSR)能夠簡化超/特高壓電網 中的系統(tǒng)無功電壓控制、抑制工頻過電壓、動態(tài)補償線路充電功率等，具有非常廣闊的應用 前景。磁控式并聯(lián)電抗器具有容量可大范圍連續(xù)調節(jié)(從空載到滿載的調節(jié)率均可達 到90%以上)、高次諧波和有功損耗較小、可靠性高、應用較少的電力電子器件，結構簡單、 綜合成本低的顯著特點，技術比較成熟，國內目前研究和工程應用的主要類型。尚未磁控式并聯(lián)電抗器恒功率控制設計方法研究見諸文獻，本發(fā)明以分解建模和 自適應逆控制原理為設計思想，并基于系統(tǒng)辨識法，提出一種磁控式并聯(lián)電抗器的恒功率 逆函數(shù)控制系統(tǒng)的建模方法，對磁控式并聯(lián)電抗器的非線性元件部分和外在系統(tǒng)的動態(tài)影 響進行了分解建模，對磁控式并聯(lián)電抗器的非線性結構原理進行了推理分析，推導出描述 非線性磁路特性的逆對象方程，并根據“阿貝耳定理”對非線性方程進行泰勒展開，以解析 解形式求出控制系統(tǒng)需要的勵磁電流，建立了逆對象傳遞函數(shù)；又根據外在電力系統(tǒng)與磁 控式并聯(lián)電抗器的相關性，建立恒功率的回歸方程，無需迭代計算，提高了控制系統(tǒng)的調控 速度，最大程度上兼顧了模型精度和高階非線性方程的可解性，建立的反饋控制系統(tǒng)有自 適應性和誤差容忍的健壯特性，能夠減少包括模型誤差在內的不確定性因素的影響。

發(fā)明內容
為解決現(xiàn)有技術的問題，本發(fā)明提出了一種超特高壓磁控式并聯(lián)電抗器恒功率逆 模型控制方法，采用“分解建?！钡脑O計思想，對磁控式并聯(lián)電抗器的非線性元件部分和外 在系統(tǒng)的動態(tài)影響分別建模。分析了磁控式并聯(lián)電抗器的磁路結構原理，建立了描述非線 性磁路特性的逆對象方程，以反雙曲函數(shù)描述飽和磁路特性，并根據“阿貝耳定理”對非線 性方程進行泰勒展開，以解析解形式求出控制系統(tǒng)需要的勵磁電流，又根據外在電力系統(tǒng) 與磁控式并聯(lián)電抗器的相關性，建立了逆對象傳遞函數(shù)。已在電力系統(tǒng)全數(shù)字實時仿真裝 置(Advanced Digital Power System Simulator-ADPSS)中編程實現(xiàn)了控制模塊的工程化應用，并以磁控式并聯(lián)電抗器實際運行參數(shù)搭建算例，驗證了控制系統(tǒng)的有效性和實用性。 控制方法也為其他非線性元件控制器的設計開創(chuàng)了新的思路。本發(fā)明的一種超特高壓磁控式并聯(lián)電抗器恒功率逆模型控制方法，包括以下步 驟(1)分析磁控式并聯(lián)電抗器的磁路結構，以反雙曲函數(shù)描述飽和磁路特性，建立描 述非線性磁路特性的磁控式并聯(lián)電抗器逆對象方程磁控式并聯(lián)電抗器利用交直流混合勵磁的特性來改變鐵心的飽和程度，主磁路心 柱中包括兩個繞組，U1, U2是交流網側繞組，Udl、Ud2是直流繞組電壓，由于不同磁路的磁導 率不同，磁通A、％所在的兩個主磁路的磁阻承擔整個系統(tǒng)中主要的勵磁磁動勢；其中，電 阻為r，電流為I，H是磁場強度，μ是磁導率，Φ是交流電壓初相位；d表示直流量；交直流 混合勵磁磁動勢Fml和Fm2在中間兩主磁路上產生，同時也造成了主磁路的磁飽和，磁路磁阻 分別為Rml和Rm2，根據磁通連續(xù)定律，飽和磁通約在a點分解為％和&，磁路磁阻分別為Rm3和 Rffl5 ；飽和磁通約在b點分解為外和％，磁路磁阻分別為Rm4和Rm5 ；上述各個變量的下標1，2分
別表示左心柱和右心柱繞組側，下標3，4，5表示旁軛磁路，根據磁阻定義有由于Rml ^ Rffl2處于飽和狀態(tài)，磁導率顯著減少，其磁阻遠大于Rm3 ^ Rm4，消耗了主 要的磁動勢Fml和Fm2，根據磁路回路方程有
權利要求
1. 一種超特高壓磁控式并聯(lián)電抗器恒功率逆模型控制方法，其特征在于包括以下步驟(1)分析磁控式并聯(lián)電抗器的磁路結構，以反雙曲函數(shù)描述飽和磁路特性，建立描述非 線性磁路特性的磁控式并聯(lián)電抗器逆對象方程磁控式并聯(lián)電抗器利用交直流混合勵磁的特性來改變鐵心的飽和程度，主磁路心柱中 包括兩個繞組，U1, U2是交流網側繞組，Udl、Ud2是直流繞組電壓，由于不同磁路的磁導率不 同，磁通A、&所在的兩個主磁路的磁阻承擔整個系統(tǒng)中主要的勵磁磁動勢；其中，電阻為 r，電流為I，H是磁場強度，μ是磁導率，Φ是交流電壓初相位；d表示直流量；交直流混合 勵磁磁動勢Fml和Fm2在中間兩主磁路上產生，同時也造成了主磁路的磁飽和，磁路磁阻分別 為Rml和Rm2，根據磁通連續(xù)定律，飽和磁通約在a點分解為約和％，磁路磁阻分別為Rm3和Rm5 ； 飽和磁通約在b點分解為豹和％，磁路磁阻分別為Rm4和Rm5 ；上述各個變量的下標1，2分別 表示左心柱和右心柱繞組側，下標3，4，5表示旁軛磁路，根據磁阻定義有
全文摘要
本發(fā)明提出了一種超特高壓磁控式并聯(lián)電抗器恒功率逆模型控制方法，采用“分解建?！钡脑O計思想，對磁控式并聯(lián)電抗器的非線性元件部分和外在系統(tǒng)的動態(tài)影響分別建模。分析了磁控式并聯(lián)電抗器的磁路結構原理，建立了描述非線性磁路特性的逆對象方程，以反雙曲函數(shù)描述飽和磁路特性，并根據“阿貝耳定理”對非線性方程進行泰勒展開，以解析解形式求出控制系統(tǒng)需要的勵磁電流，又根據外在電力系統(tǒng)與磁控式并聯(lián)電抗器的相關性，建立了逆對象傳遞函數(shù)。該控制方法還為其他非線性元件控制器的設計開創(chuàng)了新的思路。
文檔編號H02P13/00GK102130646SQ20111004947
公開日2011年7月20日 申請日期2011年3月2日 優(yōu)先權日2011年3月2日
發(fā)明者鄭偉杰 申請人:中國電力科學研究院